Dieter Conrads. Telekommunikation

Transkript

1 Dieter Conrads Telekommunikation

2 Aus dem Programm -...,.. Informationstechnik Kommunikationstechnik vonm.meyer Informationstechnik kompakt herausgegeben von O. Mildenberger Datenubertragung von P. Welzel Telekommunikation von D. Conrads Informatik fur Ingenieure von G. Kiiveler und D. Schwoch Turbo Pascal fur Ingenieure von E. Hering, E. Bappert und J. Rasch Handbuch Elektrotechnik Herausgegeben von W. B6ge vieweg "

3 Dieter Conrads Telekommunikation Grundlagen, Verfahren, Netze Mit 178 Abbildungen 4., iiberarbeitete und erweiterte Auflage ~ vleweg

4 Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ein Titeldatensatz fur diese Publikation ist bei der Deutschen Bibliothek erhiiltlich. 1. AufJage , iiberarbeitete und erweiterte Auflage , iiberarbeitete und erweiterte AufJage , iiberarbeitete und erweiterte Auflage November 2001 Das Buch erschien bis einschlieblich der 3. Auflage unter dem Titel Datenkommunikation. Aile Rechte vorbehaiten Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbh, Braunschweig/Wiesbaden, 2001 Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Fachverlagsgruppe BertelsmannSpringer. Das Werk einschlieblich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede Verwertung auberhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzuliissig und strafbar. Das gilt insbesondere fur Vervielfciltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Konzeption und Layout des Umschlags: U1rike Weigel, Gedruckt auf siiurefreiem Papier ISBN ISBN (ebook) DOI /

5 v Vorwort Die Datenkommunikation hat in den vergangenen Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, und zwar nicht nur flir die Insider in den Rechenzentren und Kommunikationszentralen, sondem auch flir viele Mitarbeiter, deren Arbeitsumfeld und Arbeitsinhalte durch die Moglichkeiten der Datenkommunikation verandert werden, und flir Entscheidungstrager, die in diesem Bereich Entscheidungen von weitreichender Bedeutung flir die Inhalte und Ausgestaltung von Arbeitsplatzen zu treffen haben, sowie flir interessierte Laien, die zur Kenntnis nehmen, dass die Auswirkungen der neuen Entwicklungen der Datenkommunikation verstarkt bis in den privaten Bereich hineinreichen. Das vorliegende Buch ist thematisch breit angelegt, was notwendigerweise eine beschrankte Darstellungstiefe zur Folge hat. Trotz der angestrebten Breite konnten nicht aile Aspekte der Datenkommunikation behandelt werden. So werden zwar Aspekte des 'Managements von Datennetzen' und der 'Sicherheit in Datennetzen' in anderen Zusammenhangen haufig erwahnt, diese Themenstellungen aber nicht in geschlossener Form in eigenstiindigen Kapiteln behandelt. Das Buch hat einflihrenden Charakter. Ziel ist es, ohne in grobem Umfang Vorkenntnisse vorauszusetzen, in leicht verstandlicher Darstellung einen Uberblick liber das weite Feld der Datenkommunikation zu geben und einen Einblick in die Zusammenhange zu vermitteln. Es wird deshalb zugunsten eines - evtl. etwas oberflachlichen - Verstandnisses bewusst weitgehend darauf verzichtet, die teilweise nichtelementaren mathematischlphysikalischen Grundlagen vieler Aspekte der Datenkommunikation darzustellen. Ein zweites Ziel ist die Einflihrung in die durchweg englischsprachig gepragte Begriffswelt der Datenkommunikation. Es werden deshalb jeweils die englischen und die deutschen Fachausdriicke gebracht und teilweise wechselnd benutzt. Dadurch soli denjenigen Lesem, die ihr Wissen in speziellen Bereichen vertiefen mochten, der Zugang zur Originalliteratur erleichtert werden. GemaB den Zielsetzungen ist das Buch als Einstiegs- und Ubersichtswerk flir Studenten der einschlagigen Fachrichtungen geeignet. Darliber hinaus sollen solche Personen angesprochen werden, die als Nutzer oder in anderer Weise von den Entwicklungen in der Datenkommunikation Betroffene sich einiges an Hintergrundinformation aneignen mochten.

6 vi Vorwort zur 4. Auflage AnHisslich des Erscheinens der 4. Auflage dieses Buches mochte ich allen danken, die bislang durch Kommentare, Verbesserungsvorschlage, aber auch durch Hinweise auf Fehler durchweg positive Kritik getibt haben. Anregungen nach thematischer Ausweitung bzw. vertiefter Darstellung bestimmter Themenkomplexe konnte nur teilweise gefolgt werden. Die Tatsache, dass von verschiedenen Seiten sehr unterschiedliche Vorschlage gemacht wurden, zeigt, - und dies gilt nattirlich auch fur den Autor selbst -, dass Themenauswahl und Darstellung durch die jeweiligen Interessengebiete mitbestimmt und somit teilweise subjektiv sind. Es bestand Ubereinstimmung mit dem Verlag, dass der Charakter des Buches als einfuhrendes Ubersichtswerk erhalten bleiben und auch der Umfang nicht wesentlich verandert werden sollte. Den aktuellen Entwicklungen Rechnung tragend, wurden - in Kapitel 3 'Lokale Datenkommunikation' die Unterkapitel tiber Token-Bus, IVO LAN, FDDI-2, Register-Insertion-Ring und HYPERchannel gerstrichen, dem Kapitel tiber Ethernet aber deutlich mehr Platz eingeraumt, - in Kapitel 4 'Weitverkehrsnetze' das Unterkapitel tiber DNA (DECnet) entfernt und die Beschreibung der neuen IP-Version, IPv6, aktualisiert und ausgeweitet, - in Kapitel 5 'Offentliche Kommunikationsnetze' neuere ATM-Entwicklungen einbezogen und - das Kapitel 6 'Kommunikationsdienste der Deutschen Telekom' durch ein neues Kapitel tiber Mobilfunksysteme ersetzt. Dartiber hinaus wurden in allen Kapiteln zahlreiche Aktualisierungen vorgenommen, deren Notwenigkeit zeigt, wie rasant die technische Entwicklung in Teilbereichen der Datenkommunikation nach wie vor verlauft. Danken mochte ich an dieser Stelle den Herren Prof. Dr. HoBfeld und Dr. Mertens yom Zentralinstitut fur Angewandte Mathematik des Forschungszentrums Jtilich fur die fortwahrende Forderung dieses Projektes, dem Vieweg-Verlag fur die gute Zusammenarbeit und meiner Frau fur unermtidliches Korrekturlesen. IUlich, im Juli 2001 Dieter Conrads

7 vii Inhaltsverzeichnis 1 Entwicklung - Perspektiven Grundsatzliche Aspekte Topologien Vollstandiger Graph Ring Stem Bus Baum Vermaschtes Netz Regulare Strukturen Zusammenfassung Infrastruktur Symmetrische Kupferkabel Koaxialkabel Lichtwellenleiter Historischer Abriss Grundlagen Verluste in Lichtwellenleitem Dispersionseffekte Sender und Empflinger fur Lichtwellenleiter Bewertung und Einsatzbereich Standards fur die Gebaudeverkabelung Ausgangssituation Beschreibung Wertung Richtfunkstrecken, Satellitenverbindungen Ubertragungstechnik Digitalisierung analoger Informationen PCM-Verfahren Leitungscodes NRZ-Code NRZI-Code RZ-Code AMI-Code Manchester-Code Differential Manchester-Code Asynchrone und synchrone Verfahren Betriebsarten Vollduplex-Betrieb Halbduplex-Betrieb Simplex-Betrieb... 48

8 viii Inhaltsverzeichnis Dateniibertragungsverfahren Basisbandiibertragung Breitbandiibertragung (Modemiibertragung) Fehlersicherung QuerpariUit UngspariUit Zyklische Blocksicherung Vermittlungstechniken Leitungsvermittlung Paketvermittlung Nachrichtenvermittlung Zellvermittlung Probleme beim Aufbau und Betrieb von Netzen Routing Verstopfungskontrolle Flusskontrolle Pufferspeicherverwaltung Standardisierung Das Anliegen der Standardisierung Standardisierungsgremien Intemationale Organisationen Europaische Organisationen Deutsche Organisationen Amerikanische Organisationen Funktionale Standards Das ISO-Referenzmodell flir Offene Systeme Struktur und Funktionsprinzip Funktionen der Schichten Bedeutung der OSI-Standards Wichtige Standards Standards fur die Schicht Standards fur die Schicht Standards flir die Schicht Standards fur die Schicht Standards ftir die Schicht Standards fur die Schicht Standards fur die Schicht Lokale Datenkommunikation Lokale Netze (LANs) IEEE HILI (Higher Level Interface Standard) IEEE LLC (Logical Link Control) IEEE CSMAICD Das CSMAICD - Prinzip Das Rahmenformat beim CSMAICD-Verfahren Netzaufbau

9 Inhaltverzeichnis ix Varianten des CSMNCD-Verfahrens Ergiinzungen im Ethernet-Standard IEEE Token-Ring Das Prinzip des Token-Rings Das Rahmenformat beim Token-Ring Funktion des Token-Rings Netzaufbau Performance lokaler Netze CSMNCD Token-Ring Brucken und Router Brucken Router Wertung IEEE DQDB (Distributed Queue Dual Bus) Funktionsweise des DQDB Eigenschaften des DQDB-Verfahrens Das Format der DQDB-Slots FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Funktion des FDDI-Rings Aufbau eines FDDI-Rings Einsatzbereich Perspektiven FDDI Weitere LAN-Typen Pierce Ring Cambridge-Ring Nebenstellenanlagen Kriterien zur Beurteilung der Leistungsfahigkeit von NStAnl Aufbau einer Vermittlung Peripherie Zentrale Steuerung Koppelanordnung Anforderungen an Vermittlungseinrichtungen durch Datenverkehr Entwicklung und Perspektiven W eitverkehrsnetze SNA (Systems NetworkArchitecture) Beschreibung Weitere Entwicklungen APPC (Advanced Program-to-Program Communication) SNI (Systems Network Interconnect) NetView SNADS (SNA Distribution Services) TCP/IP Einfiihrung

10 x Inhaltsverzeichnis Namen und Adressen im Internet Domain-Namen Internet-Adressen Hardware-Adressen IP (Internet Protocol) Fragmentierung Format eines Internet-Datagramms Routing im Internet ICMP (Internet Control Message Protocol) IPv6 (Internet Protocol Version 6) Format des IPv6-Header Extension Header ICMPv6 (Internet Control Message Protocol for IPv6) ICMPv6 Error Messages ICMPv6 Informational Messages TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) Anwendungsdienste im Internet TELNET FTP (File Transfer Protocol) TFTP (Trivial File Transfer Protocol) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) SNMP (Simple Network Management Protocol) Perspektiven Offentliche Kommunikationsnetze Fernsprechnetz (T-Net) Digitalisierung des Femsprechnetzes Digitalisierung der Ubertragungsstrecken Digitalisierung der VermiUlungstechnik Zentralkanalzeichengabe ISDN Beschreibung des ISDN ISDN-Teilnehmeranschluss Technik des ISDN Ubertragungsverfahren auf der Teilnehmeranschlussleitung D-Kanal-Protokoll ITU-T-Zeichengabesystem Nr Ausbau des ISDN Leistungsmerkmale und Dienste im ISDN Leistungsmerkmale im ISDN Dienste im ISDN Breitband-ISDN (T-Net-ATM) ATM-Technik Physical Layer ATM-Layer

11 Inhaltverzeichnis xi Dienstklassen Verkehrsmanagement ATM Adaption Layer (AAL) Perspektiven xdsl-techniken Integriertes Text- und Datennetz (IDN) Telex-Netz Datex-Netz Datex-P Datendirektverbindungen (DDV, frtiher Direktrufanschluss) Standardfestverbindungen (SFV), Monopoltibertragungswege Frame Relay Datex-M Mobilfunksysteme Einftihrung Eigenschaften drahtloser Ubertragungssysteme Spezielle Multiplex-Verfahren fur Mobilfunknetze CDMA (Code Division Multiple Access) Frequency Hopping GSM (Global System for Mobile Communications) GSM-Architektur GSM-Datenstrukturen GSM-Funktionen GSM-Dienste Fortgeschrittene GSM-Dienste HSCSD (High Speed Circuit Switched Data Service) GPRS (General Packet Radio Service) EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Lokale Funknetze DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) HIPERLAN/ IEEE Wireless LAN (WLAN) Bluetooth Literatur Sachwortverzeichnis